近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室研究員杜巖團隊聯合斯克利普斯海洋研究所教授Shang-Ping Xie、日本海洋地球科學技術機構教授Hideharu Sasaki和Masami Nonaka，研究揭示了太平洋熱帶不穩定波的歷史長期變化趨勢。相關成果發表于《自然-氣候變化》。
熱帶不穩定波（TIWs）是熱帶太平洋最顯著的中尺度動力過程之一，由赤道流系的剪切不穩定產生，表現為赤道東太平洋海表流場和海表溫度的月周期、1000km級擾動。TIWs海流擾動將赤道區域上涌的冷海水與赤道外暖海水經向攪拌混合，影響赤道區域營養鹽分布和熱量收支平衡，進而影響海洋生態環境和氣候長期變化。自20世紀90年代以來，熱帶太平洋經歷了類似拉尼娜現象的平均狀態變化，影響太平洋沿岸乃至全球的氣候和天氣變化。然而，由于赤道海流缺乏觀測，以及衛星高度計數據難以計算赤道海流，TIWs等赤道動力過程的長期演變規律仍不清楚，這限制了我們對熱帶太平洋氣候長期變化的理解與預估。
為解決衛星高度計診斷赤道海表流場的難題，研究團隊自主提出了衛星高度計診斷非平衡態海表流場的動力方程，考慮了加速度項與壓強梯度力平衡，而不是傳統的地轉平衡。利用該方程，首次診斷出TIWs近30年的海表流場數據，結果與錨定浮標觀測十分接近。基于該數據，發現TIWs在此期間持續增強，其海流渦動能（EKE）每十年增長12%。同時利用其他3套獨立數據進行了對比驗證：衛星觀測海表溫度（1982-2021）、熱帶海洋錨定浮標觀測的海流數據（1980s-2020）以及1/10?渦分辨率全球大洋環流模式數據（OFES2，1958-2021），結論與衛星高度計診斷結果一致。
大尺度海洋環流和海溫風場的趨勢分析表明，TIWs增強的動力機制是源于熱帶東太平洋氣候近30年赤道南北不對稱變化。赤道以北增暖更快，伴隨跨赤道南風增強、赤道海流加速，使海流剪切加強、TIWs增強。伴隨TIWs增強，研究人員發現TIWs的經向攪拌效應加強，使冷舌區的非線性加熱效應每十年增加23%，在海洋長期熱收支平衡中不可忽視，是近期熱帶東太平洋氣候態變冷的負反饋項。說明TIWs在響應氣候變化的同時，反饋影響著熱帶太平洋的海溫變化。目前大部分氣候模式由于分辨率較粗（1°×1°）無法分辨TIWs過程，因此無法反映TIWs對冷舌的非線性加熱效應，可能造成一定的模擬偏差，未來氣候模擬和預估需要考慮TIWs這一反饋作用。
該研究揭示了太平洋TIWs對歷史氣候變化的顯著響應，表明TIWs深度參與并反饋影響氣候變化，這一結果為研究海洋多尺度動力過程響應和影響氣候變化提供參考。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41558-023-01915-x
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